水轮机选型

水轮机型号选择根据已知的水能参数初选水轮机型号最大工作水头：H max =Z 上max -Z 下min -△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min =Z 上min -Z 下max -△h=607.78-574.27-1.732=31.77m平 均 水 头：H a =12 (H max +H min )= 12×(35.85+31.35)=33.4 m查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水轮机型号。

初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型 混流式 转轮型号 HL240 最大水头 35m 最小水头 31.77m 设计水头 33m 出力 3400kw 校核机组的稳定性 水轮机主要参数的计算：HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算: 转轮直径计算Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4mD 1=MHr Q Nr η23181.9' (1-3)式中：Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m ）Q 1´--为水轮机的单位流量（m 3/s ）由水力机械课本附表1中查得Q 1´=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率ηM =90.4%，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为92.0%将Nr=3400kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得m D 12.192.04.3324.181.942.3368231=⨯⨯⨯=选择与之接近而偏大的标准直径D 1=1.40m 效率的修正值计算由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率ηMmax =89.6%,模型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率ηmax ，即：ηmax =1-（1-ηMmax ）511D D M(1-4)式中：ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径 （m ） D 1 --为原型转轮直径 （m ） 将ηMmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得:ηMmax =1-（1-ηmax ）511D D M=1-（1-0.91）54.146.0=92.8%考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为ε2=0，则效率修正值Δη为：Δη=ηmax -ηMmax -ε1 式中：Δη--为效率修正值ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：Δη=ηmax-ηMax-ε1=0.928-0.91-0.01=0.008 由此求得水轮机在限制工况的效率为：η=ηM +Δη=0.904+0.008=0.912（与原来假定的数值相近） 转速的计算n=110D Ha n ' (1-5) 式中：n --为水轮机的转速 （r/min ）'10n --为最优单位转速 （r/min ）Ha --为加权平均水头 （m ） D1 --为原型转轮直径 （m ）'10n ='10M n +Δn ´1式中：'10n --为最优单位转速 （r/min ）'10M n --模型水轮机的最优单位转速 （r/min ） 由水力机械课本附表1查得最优工况下的'10M n =72r/min同时由于Mn n 101、、∆=maxmaxM ηη-1 (1-6) 式中：n ´10M --模型水轮机的最优单位转速 （r/min ） ηmax --为原型水轮机的最高效率ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 将ηmax =0.95，ηMmax =0.92，带入式（2-9）得：192.0/936.01/max max 101-=-=''∆M Mn n ηη=0.0087<0.03所以∆'1n 可以忽略不计，则以10M n =72r/min 代入上式得：选与之接近而偏大的标准同步转速n=300 r/min 工作范围验算在选定的D1=1.4m 、n=300r/min 的情况下，水轮机的Q1´max 和各种特征水头的下的相应的n1´值分别为:Q1´max=η232181.9Hr D Nr (1-7)式中：Nr--为水轮机的额定出力 （kw ） D1 --为水轮机的转轮直径 （m ） η--为水轮机的效率 Hr--为设计水头 （m ）Q1´max--为水轮机最大单位流量 （m3/s ）将Nr=3940kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=35m, η=92%，D 1=1.4m 带入式（1-10）得：Q 1´max =η232181.9Hr D Nr=32239409.81 1.4350.92⨯⨯⨯=1.07m ³/s<1.24m ³/s则水轮机的最大引用流量Q max 为:Q max = Q 1´max D 1²Hr 式中：Q max --为水轮机的最大引用流量 （m 3/s ） Q 1´max --为水轮机最大单位流量 （m 3/s ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） Hr--为设计水头 （m ）将Q 1´max =1.07m ³/s ，D 1=1.4m ，Hr=35m 带入式（1-11）得： Q max = Q 1´max D 1²Hr =1.07×1.423/s 对于n 1´值，在设计水头Hr=35m 时，n 1r ´=HrnD 1式中：n 1r ´--为水轮机设计单位转速 （r/min ） n --为水轮机的转速 （r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） Hr--为设计水头 （m ）将n=300r/min, D 1=1.4m ，Hr=30.71m 带入上式得： n 1r ´=HrnD 1n ´1min =max1H nD式中：n ´1min --为水轮机最小单位转速 （r/min ） n --为水轮机的转速 （r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） H max --为最大水头 （m ）在最大水头max H =35.85m 时1min 70.1/min n r '=== 在最小水头min H =31.35m 时1max 75/min n r '=== 式中：n ´1max --为水轮机最大单位转速，r/min ； n --为水轮机的转速，r/min ； D 1 --为水轮机的转轮直径，m ； H min --为最小水头，m ；将设计水头H min =35m, n=300r/min, D 1=1.4m 带入式得:n ´1max =m in1H nD 在HL240型水轮机的模型综合特性曲线图（《水力机械》课本图3-7）上，分别画出Q 1´max =1240L/s. 'max 1n =75r/min 和'min 1n =70.1min /r 的直线。

可以看出这些直线所标出的水轮机相似工作范围基本包括了特性曲线的高效率区，所以对所选定的直径D 1=1.4m ，n=300 r/min 还是比较满意的。

水轮机吸出高计算由水轮机的设计工况在水力机械课本附表1可查得相应的汽蚀系数σ=0.2，则可求得水轮机的吸出高为：H k H s σ-∇-≤90010 式中：Hs--为水轮机的吸出高度（m ）。

▽--为水轮机安装处的海拔高程 （m ）初步计算时采用下游平均水位高程。

K --为安全系数 K 取1.1至1.2。

σ--为水轮机的汽蚀系数。

Hr--为设计水头（m ）。

将▽=571.48m ,K=1.2 ,σ=0.2，Hr=35m 带入式（1-15）得：H k H s σ-∇-≤90010 (1-8) H s =1.39-1=0.39 取最大值Hs=0.39m1.4确定发电机型号、容量、电压、冷却方式本设计中采用N 发=3175.77KW ，功率因数0.8，与水轮机HL240-LH-140配套水轮发电机参数选择如下：型号：TSL325/36-20，容量N=3200KW 。

1.5水轮机安装高程对立轴混流式水轮机，安装高程由下式确定：2b H Z s w s ++∇= (1-9) 式中：()()m b H m s w 导叶高度吸出高度尾水位——————0∇查表知，m b D b 511.04.1365.0,365.001=⨯==故，取m b 511.00= 2b H Z s w s ++∇==571.48+0.39+1+0.511/2=574.28m 故机组安装高程为574.28m 。